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3.2.1 Fotolitografia

Nesta tese implantamos o sistema de fotolitografia para a padronização do ITO. A fotolitografia possui algumas vantagens sobre o processo antigo de padronização do ITO. Cada substrato incialmente possuía dimensões de 12 mm × 21 mm e a possibilidade de fabricar de 3 a 4 dispositivos com área ativa de 10 mm2_{. O processo de decapagem do ITO era feito}

delimitando-se uma faixa central com fitas adesivas e posteriormente, removendo o ITO (previamente coberto com solução aquosa de Zinco) da área indesejada mediante a imersão dos substratos em uma solução aquosa de HCl (3 Molar). A desvantagem deste método é a imprecisão na delimitação da área ativa e o alto tempo de execução. As novas dimensões dos substratos são de 15 mm × 21 mm sendo que cada substrato contém seis dispositivos individuais para teste, com área ativa de 4,5 mm2_{. Pelo fato de não conter etapas manuais a fotolitografia}

permite preparar vários substratos de maneira simultânea reduzindo o tempo de execução. Outra vantagem é que as amostras no fim do processo são idênticas. O processo todo requer seis itens: o fotoresiste, a máscara de sombra, a lâmpada ultravioleta, o ácido (HCl), revelador e acetona. O fotoresiste utilizado é o AZ 1512 e o revelador utilizado é o AZ 300MIF, ambos comercializados pela AZ electronic materials. O desenho da máscara de sombra foi desenvolvido utilizando o software SolidWorks. O desenho foi enviado a uma empresa internacional especializada na confecção de cortes de objetos de pequenas dimensões com laser. As etapas envolvidas na padronização do ITO são descritas a seguir.

Inicialmente as amostras são cortadas com as dimensões de 15 mm × 21 mm e é feita uma pré-limpeza dos substratos (banho ultrassônico) com detergente, acetona e álcool isopropílico subsequentemente, por 10 minutos cada, Figura 14a. Dessa etapa em diante, todo processo é feito com iluminação do laboratório sem componentes do espectro entre o azul e o ultravioleta. O fotoresiste é depositado sobre as amostras utilizando a técnica de spin-casting a 3000 rpm durante 20 segundos, resultando em filmes de aproximadamente 2 µm, Figura 14b. Em seguida, a máscara de sombra é colocada sobre as amostras proibindo que a luz ultravioleta atinja as regiões indesejadas, Figura 14c. A exposição à luz ultravioleta é realizada durante dois minutos. Após essa etapa, um tratamento térmico é realizado à temperatura de 120ºC durante três minutos para remover totalmente o solvente e melhorar a adesão do fotoresiste ao ITO. Feito o tratamento, as amostras são mergulhadas no revelador para remover o fotoresiste da região onde houve exposição à luz (Figura 14d). No passo seguinte, o ITO é removido através da corrosão pelo ácido clorídrico concentrado (HCl). Então, as amostras são enxaguadas com água para remoção do excesso de ácido e o fotoresiste restante é removido com acetona. Para finalizar, uma nova limpeza com detergente, acetona e álcool isopropílico é feita novamente conforme descrito anteriormente.

Figura 14 - Etapas envolvidas na padronização do ITO. a) corte e pré-limpeza dos substratos, b) deposição do fotoresiste, c) exposição à luz ultravioleta, d) imersão no revelador para revelação do fotoresiste, e) corrosão do ITO com solução de HCl e f) remoção do fotoresiste com acetona.

Fonte: Elaborada pelo autor.

3.2.2 Preparo das soluções e deposição dos filmes

Os dispositivos fabricados no Capítulo 5 possuem as seguintes arquiteturas: ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Ca/Al e ITO/P3HT:PCBM/Au. Após a padronização e limpeza do ITO, foi realizado o tratamento de superfície do ITO, através da exposição à luz ultravioleta durante 10 minutos. Esse tratamento é chamado de UV-ozônio pois a luz ultravioleta ao ser absorvida pelos átomos de oxigênio (O2) gera ozônio (O3). Os átomos de

ozônio por sua vez têm a capacidade de remover os átomos de carbono existentes na superfície do ITO. Esse tratamento também aumenta o ângulo de contato entre a solução de PEDOT:PSS e o ITO, o que melhora a qualidade dos filmes de PEDOT:PSS. (69) Antes da deposição, a solução de PEDOT:PSS é filtrada utilizando um filtro de PTFE com tamanho de poro de 0,45 µm. O filme de PEDOT:PSS (~30 nm) é depositado sobre o ITO utilizando a técnica de

spin-casting na frequência de 2000 rpm durante 60 segundos. Após a deposição do PEDOT:PSS

termicamente a 120ºC por 10 minutos. A camada ativa foi formada a partir da deposição por

spin-casting durante quatro minutos na frequência de rotação de 400 rpm e 10 segundos na

frequência de 3000 rpm. Os filmes depositados seguindo este procedimento possuem espessura de ~285 nm. Após a secagem do filme, foi realizado um tratamento térmico colocando os substratos sobre o hotplate a 140ºC durante 5 minutos.

Os dispositivos fabricados nos Capítulo 6 e 7 possuem a seguinte arquitetura: ITO/P3HT/Ag. A limpeza dos substratos segue o procedimento descrito anteriormente. A solução de P3HT foi preparada na concentração de 20 mg/mL em 1,2-Diclorobenzeno (ODCB). A solução foi depositada por spin-casting na frequência de 500 rpm durante três minutos. Os filmes depositados seguindo este procedimento possuem espessura de ~130 nm.

3.2.3 Evaporação térmica

A última etapa da fabricação dos dispositivos é a evaporação dos contatos metálicos. Inicialmente as amostras são encaixadas em um suporte contendo uma máscara metálica (máscara de sombra) para que o metal atinja somente as áreas desejadas. O suporte contendo as amostras e a máscara de sombra são fixados no topo da câmara de evaporação. Em seguida é feito vácuo (pressão de ~10-6 _{mbar) no interior da campânula através da bomba turbo-}

molecular. A evaporação metálica é feita através do aquecimento do filamento ou cadinho. A taxa de evaporação e espessura do filme é monitorado em tempo real pelo medidor de espessura (cristal de quartzo). O esquema da evaporadora e de um dispositivo contendo o contato metálico já evaporado são mostrados na Figura 15. Os metais evaporados, a taxa de evaporação e a espessura dos filmes são apresentados na Tabela 1.

Figura 15 - Esquema ilustrativo do processo de evaporação dos contatos metálicos, juntamente com a estrutura final do dispositivo.

Fonte: Elaborada pelo autor.

Tabela 1 - Metais evaporados para a fabricação dos dispositivos, juntamente com a taxa de evaporação utilizada e a espessura final da camada metálica.

Metal Taxa (Å/s) Espessura (nm)

Ca 1 40

Al 1 70

Ag 0,5 50

Au 0,5 50

Fonte:Elaborada pelo autor.